Kategorie: fyzika
Publikováno: 14. Září 2015
vzduch vás nerozdrtí. Jako tekutina kolem vás proudí vzduch a snaží se vás rozdrtit. Naštěstí, tam je obvykle stejně velký tlak uvnitř vašeho těla tlačí ven, jak je tlak vzduchu mimo vaše tělo tlačí dovnitř. Obvykle se vyruší, což znamená, že na vás není žádná celková síla a nebudete rozdrceni. I když se vnitřní a vnější tlak navzájem přesně neruší, vaše kůže, svaly a další tkáně jsou obvykle dostatečně silné a dostatečně pružné, aby nebyly silou poškozeny.
postavte se venku v poli a podívejte se rovně nahoru. Díváte se na stokilometrový sloupec vzduchu, který je gravitací stahován dolů k vám. Přestože je vzduch ve srovnání s jinými materiály velmi slabý, je skutečně složen z atomů a má skutečně hmotnost. Jako takový, vzduch je tažen gravitací stejně jako všechno ostatní, co má hmotnost. Hrstka vzduchu nemusí mít velkou hmotnost, ale sto kilometrů vzduchu je jiný příběh. Pokud nakreslíte metr na metr čtvereční na zemi (což je asi stopa lednice), pak veškerý vzduch přímo nad tímto čtvercem má celkovou hmotnost asi deset tisíc kilogramů. Kvůli zemské gravitaci se tato hmota tlačí na metr čtvereční silou asi dvaceti tisíc liber, což je stejné jako hmotnost prázdného školního autobusu. Jinými slovy, pokud jste umístili prázdný školní autobus na podstavec o čtverečním metru (aby se síla soustředila na správnou oblast), záplata země pod podstavcem by zažívala stejně velkou váhu z autobusu, jako obvykle ze vzduchu.
nyní nakreslete jeden palec po jednom palci na rameno. Sto kilometrů vzduchu přímo nad tímto náměstím má celkovou hmotnost 7 kilogramů. Pod vlivem zemské gravitace se tato hmota tlačí dolů na čtvereční palec vašeho ramene silou asi 15 liber. To je stejné jako hmotnost velké bowlingové koule. Jinými slovy, vzduch tlačí dolů na čtvereční palec na rameni stejně tvrdě, jako by na tom čtverečním palci seděla velká bowlingová koule a žádná atmosféra. Dále, na tom konkrétním čtverečním palci na rameni není nic zvláštního. Každý čtvereční palec na povrchu vašeho těla cítí 15 liber tlačí na to kvůli vzduchu v atmosféře. Například v případě, že dlaň má plochu 10 čtverečních palců (což je typická hodnota), pak vzduch tlačí na dlani s celkovou silou, která se rovná hmotnosti 10 velké bowlingové koule. Ale proč to necítíš? Rozhodně to není pocit, že jste neustále drží 10 velké bowlingové koule v dlani. Odpověď je, že vzduch je tekutina.
jako tekutina je vzduch schopen proudit v každém směru a mít jakýkoli tvar. Jak to dělá, vzduch přenáší drtivou sílu své hmotnosti ve všech směrech, dokonce i nahoru. Natáhněte ruku dlaní nahoru. I když je pravda, že vzduch tlačí dolů na dlani silou 10 bowlingové koule, zároveň vzduch tlačí nahoru na zadní straně ruky silou 10 bowlingové koule. Výsledkem je, že celková síla na celé ruce je nulová. Jednotlivé povrchy (horní a dolní část ruky) cítí tlak vzduchu, ale ruka jako celek nezažívá žádnou čistou sílu z atmosféry. To je důvod, proč to nemá pocit, že neustále taháte kolem deseti bowlingových koulí v dlani, a proto sto kilometrů vzduchu nad vámi nepřipíná ruku k zemi. Podobně, i když vzduch tlačí dolů na temeni hlavy se stovkami liber síly, to je také tlačí na bradě a krku se stovkami liber síly. Výsledkem je, že vaše hlava není rozdrcena na chodník. Tímto způsobem je tekutá povaha vzduchu tak, že váha atmosféry tlačí všude na vás, ale netlačí vás dolů.
k tomuto zrušení sil na vaší ruce dochází, pouze pokud je atmosférický vzduch schopen dosáhnout dlaně i zadní části ruky. Pokud odstraníte vzduch, který tlačí nahoru na zadní straně ruky, již nebude docházet ke zrušení sil a zažijete celkově 10 bowlingových koulí v hodnotě váhy na ruce. Částečně to můžete provést zapnutím extrémně silného vakuového stroje a stisknutím otvoru na konci hadice přímo proti zadní části ruky. Vakuový stroj nasává a odstraňuje vzduch, který tlačil na zadní stranu ruky, což umožňuje vaší ruce celkově cítit sestupnou sílu tlaku vzduchu na dlani. Pravděpodobně byste tuto zkušenost popsali jako hadici, která vám nasává ruku směrem dolů, a proto byste řekli, že síla, kterou vaše ruka celkově cítí, je tažná síla vyvíjená hadicí. Ve skutečnosti váha vzduchu nad vaší rukou tlačí ruku dolů směrem k vakuové hadici a je zdrojem síly.
kdykoli mluvíme o sání, máme na mysli odstranění vzduchu z jedné strany objektu, takže obrovská hmotnost vzduchu v atmosféře může být objektem celkově prožívána, aniž by byla zrušena. Kdykoli jste měli potíže s vyjmutím přísavky z okna, tato odporová síla, kterou zažíváte, je doslova váha vzduchu atmosféry, který ji rozdrtí proti sklu. Pokud je přísavka velká a má dobré těsnění, nebudete dostatečně silní, abyste ji mohli přímo vytáhnout. Jednoduše řečeno, nejste dostatečně silní, abyste se postavili proti síle vzduchu, který rozdrtí přísavku proti sklu. Přísavku z okna však můžete snadno dostat tím, že necháte atmosférický vzduch dostat se na druhou stranu přísavky. Strčte tužku nebo kolík mezi šálek a sklo, abyste rozbili těsnění, čímž necháte proudit vzduch za přísavkou. Jakmile k tomu dojde, síly na šálku ze vzduchu na obou stranách se navzájem ruší a šálek již není rozdrcen proti sklu. S ohledem na tyto koncepty by nyní mělo být zřejmé, že přísavky nefungují ve vakuu prostoru.
i když síla vzduchu na zadní straně ruky ruší sílu vzduchu na dlani, vaše ruka je stále rozdrcena uprostřed mezi těmito dvěma protichůdnými silami. Naštěstí je uvnitř vaší ruky také tlak směřující ven, který ruší vnitřní sílu tlaku vzduchu. Výsledkem je, že na povrchu ruky není žádná čistá síla. Vnitřní tlak není způsoben vzduchem, ale je způsoben zachycenou vodou. Vnitřní tělesný tlak je vytvářen a udržován polotuhými buňkami, které jsou čerpány vodou pomocí chemických přitažlivých sil mezi vodou a ionty, jako je sodík. Každá buňka je trochu jako vodní balón. Pokud pumpujete vodu do balónu, vnitřní tlak vody může zrušit vnější tlak vzduchu a balón drží svůj tvar, aniž by byl rozdrcen.
pokud vytvoříte nádobu vzduchotěsnou a poté snížíte její vnitřní tlak tak, aby rušivý účinek zmizel, je hmotnost atmosférického vzduchu skutečně dostatečně silná, aby vnitřně rozdrtila nádobu. Například, vezměte prázdný kovový sud a zahřejte jej s uzávěrem tak, aby se vzduch uvnitř hlavně zahříval, expanduje, a částečně uniká. Nyní pevně nasaďte uzávěr a vložte hlaveň do kaluže ledu. Jak se zbývající vzduch v barelu ochladí, ztrácí svůj tlak a již není schopen zrušit tlak vzduchu mimo barel. Výsledkem je, že hlaveň imploduje.
Všimněte si, že i když vnitřní tlak těla a vnější tlak vzduchu nejsou přesně stejné, a proto se navzájem neruší, většina tkání ve vašem těle je dostatečně silná, aby odolala výsledné čisté síle. Například, pokud umístíte člověka do vakua prostoru bez skafandru, bude pravidelný vnitřní tlak těla, ale žádný vnější tlak vzduchu, který by ho zrušil. Navzdory tomuto rozdílu taková osoba nevybuchne, protože kůže je dostatečně silná, aby odolala tlaku. Expozice vakua skutečně poškozuje člověka a dokonce způsobuje smrt po několika minutách, ale nezpůsobuje, že by lidé explodovali z tlakového rozdílu.
témata: vzduch, tlak vzduchu, atmosféra, tlak